[发明专利]固体推进剂羽流烟雾视频图像处理方法

摘要

本发明公开了一种固体推进剂羽流烟雾视频处理方法，主要适用于对特定背景下的固体推进剂羽流烟雾的可见光波段视频图像处理，烟雾的红外光、激光图像视频也可参照该方法进行处理。该方法主要通过将固体推进剂羽流烟雾视频转换为图像序列，利用图像序列与基准图像之间的灰度差异以及图像中不同区域之间的灰度差异，通过图像处理计算推进剂羽流烟雾在不同区域的光学透过率。该方法可大大降低环境中的杂散光及传感器引入的噪声对测试结果的影响，有效表征固体推进剂羽流烟雾场的时间及空间分布特性。

主权项

一种固体推进剂羽流烟雾视频图像处理方法，其特征在于步骤如下：(1)对推进剂羽流烟雾视频分帧，若图像不为灰度图像则进行灰度化处理，转化为灰度图像序列；对灰度图像序列进行裁剪，去除靶板以外的图像部分，得到推进剂羽流烟雾图像序列；(2)在推进剂烟雾视频图像序列中提取发动机点火前的部分图像序列作为基准图像序列；(3)对基准图像序列的像素灰度求均值，采用如下公式合成基准背景图像SM×N：PSM×N(i,j)=Σk=1TPk(i,j)T]]>公式中，为合成图像SM×N在(i,j)点处的灰度值；Pk(i,j)为基准图像序列中第k帧图像中(i,j)点处的灰度值；图像SM×N为合成图像；M为基准图像像素矩阵的总行数；N为基准图像像素矩阵的总列数；T为基准图像序列的帧数；(4)将基准图像按一定要求划分为网格区域；步骤如下：i.对基准背景图像SM×N进行二值化处理，得到黑白条纹相间的二值图像BM×N；ii.确定二值图像BM×N中的黑白条纹总数量NL，统计每个条纹的宽度的像素数Wj；将二值图像BM×N划分为M1×NL网格区域，其中M1、NL为整数，且M1<M；假定M1×NL网格区域中第i行第j列的区域为Area(i,j)，则网格区域中任一区域Area(i,j)纵向宽度的像素数为取整,横向长度的像素数为Wj；(5)对基准背景图像及推进剂羽流烟雾图像序列中的每帧图像按步骤四确定的网格区域进行划分，并求每个区域内的平均灰度值；(6)对烟雾图像序列中的每一帧图像的每个区域的灰度值与基准背景图像对应区域的灰度平均值作比值，将该比值定义为该区域的光学透过率；计算公式为：τ(i,j)=Gk(i,j)Gbase(i,j),Gbase(i,j)≠0Gk(i,j),Gbase(i,j)≠0]]>其τk(i,j)中表示推进剂羽流烟雾图像序列中第k帧图像在区域Area(i,j)的光学透过率，Gbase(i,j)为基准背景图像在区域Area(i,j)的平均灰度值，Gk(i,j)为推进剂羽流烟雾图像序列中第k帧图像在区域Area(i,j)的平均灰度值；(7)对烟雾图像序列中的每一帧图像的每个网格区域，利用其水平相邻异色区域的光学透过率进行校准计算，消除背景光及传感器自身引入的噪声造成的影响，获得该区域的烟雾光学透过率；校准方法为：将推进剂羽流烟雾图像中的网格区域的光学透过率由烟雾场的透过率、环境中的杂散光及噪声与基准比值合成；图像中的烟雾场的透过率在相邻的区域处的变化缓慢而均匀的变化，杂散光在相邻的区域相同即τk′(i,j)=τk′(i,j-1)+τk′(i,j+1),1<j<NLτk′(i,j+1),j=1τk′(i,j),j=NL]]> lk(i,j‑1)＝lk(i,j)＝lk(i,j+1)τk(i,j)=τk′(i,j)+lk(i,j)Gbase(i,j),Gbase(i,j)≠0lk(i,j),Gbase(i,j)=0]]>其中τk'(i,j)表示推进剂羽流烟雾图像序列中第k帧图像在区域Area(i,j)的烟雾透过率，τk(i,j)表示推进剂羽流烟雾图像序列中第k帧图像在区域Area(i,j)的光学透过率，Gbase(i,j)为基准背景图像在区域Area(i,j)的平均灰度值，lk(i,j)表示推进剂羽流烟雾图像序列中第k帧图像在区域Area(i,j)的杂散光及噪声的成像灰度；根据该方程组，可求得τk'(i,j)表示推进剂羽流烟雾图像序列中第k帧图像在区域Area(i,j)的烟雾透过率。